JP4045671B2 - Direct injection spark ignition internal combustion engine - Google Patents
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料を燃料噴射弁によりシリンダ内に直接噴射し、かつ点火栓により着火させる直噴型火花点火式内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、燃料噴射弁の噴孔をシリンダ内に臨ませて設置し、この燃料噴射弁によって燃料をシリンダ内に直接噴射する構成の直噴型火花点火式内燃機関が知られている(例えば、特開平8−144762号公報、特開平8−177499号公報等参照)。この種の直噴型火花点火式内燃機関においては、混合気の成層化を実現するために、ピストン冠面に皿状のボウルを備えているものが多い。
【0003】
この直噴型火花点火式内燃機関によれば、内燃機関の低,中負荷時には、主に圧縮行程中に、ピストン冠面に形成されたボウルに向かって燃料を噴射することにより、混合気を成層化させて形成することができ、超希薄燃焼が可能となる。
そのため、低,中負荷時における燃料消費率を低減できる。また、機関の高負荷時には、主に吸気行程中に燃料を噴射することで、均質な混合気を形成することができ、高いトルクを確保することできる、という利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記直噴型火花点火式内燃機関では、特に成層燃焼時に、ピストン冠面に形成されたボウルの形状と燃料噴霧の外郭形状との相違に起因して、噴射燃料がピストン冠面へ不均一に到達し、ピストン冠面に付着する燃料の増加を招く虞がある。また、ボウルからこぼれる燃料の量が増加して、燃費性能や燃焼安定性の低下を招くとともに、スモーク,HCの排出量の増加を招聘する虞がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、ピストン冠面に略円形の開口部を有する皿状のボウルが凹設されるとともに、シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、圧縮行程付近で上記ボウルへ向けて燃料を噴射して成層燃焼を実現する直噴型火花点火式内燃機関において、上記燃料噴射弁による燃料噴霧の噴霧方向に垂直な断面形状を、上記ボウルの開口径と深さの比に応じた偏平率を有する偏平形状に設定したことを特徴としている。
【0006】
上記の構成により、燃料噴霧の外郭形状がボウルの形状に応じた適正なものとなり、燃料噴霧がボウル内に過不足なく収まる形となる。すなわち、成層燃焼時における燃料噴霧がボウルからこぼれることなくボウル内に良好に拡散される。
したがって、特に成層燃焼時におけるピストン冠面への燃料付着量の低減化とボウルからこぼれる燃料の低減化との両立を図ることができ、ひいては燃費性能や燃焼安定性の向上、スモーク,HCの排出量の低減化を図ることができる。
【0007】
また、第1の態様は、上記燃料噴射弁の取付角度に応じて上記偏平率が補正されていることを特徴としている。
【0008】
この場合、燃料噴射弁の取付角度に応じて、燃料噴霧の外郭形状を更に適切にボウル形状に応じたものとすることができる。
【0009】
第2の態様は、上記燃料噴霧の噴霧中心線が、成層燃焼を行う運転領域内での中速中負荷条件で、かつ、所定の燃料噴射時期におけるピストン位置でのボウルの隅角部を指向するように設定されているとともに、この噴霧中心線とシリンダ基準水平面とのなす角度に応じて、上記偏平率が補正されていることを特徴としている。
【0010】
すなわち、成層運転領域の中央部に対応して偏平率が補正される。この結果、低負荷から高負荷域,また低回転から高回転域にわたるはば広い運転領域において、上記の作用,効果を適切に得ることができる。
【0011】
本発明は、内燃機関の運転状態に応じて上記偏平率を調整する偏平率調整手段を有することを特徴としている。
【0012】
より具体的には第3の態様のように、上記燃料噴射弁に設けられた複数の噴孔から噴射される燃料噴霧が全体として偏平形状となるように構成されており、上記偏平率調整手段は、噴射される燃圧を変化させることにより上記偏平率を調整するように構成されている。
【0013】
上記偏平率は、例えば、少なくとも機関回転数に応じて調整される。
【0014】
具体的には、高回転時においては、ピストンスピ一ドが早いために、低回転時と同じ量の燃料をシリンダ内に供給すると、噴射開始から噴射終了までのピストン移動距離が大きくなり、ピストン冠面への燃料付着量が増加してしまう。そこで、回転数が高くなるにしたがって噴射タイミングを早めることで、ピストン冠面への燃料付着量の増加を抑制することも考えられるが、こうすると、燃料のボウルからのこぼれ量が増加する虞がある。本発明によれば、機関回転数が高くなるにしたがって、燃料噴霧の偏平率を高くすることで、ピストン冠面への燃料付着量を増加させることなく、燃料のボウルからのこぼれ量を抑制でき、良好な燃焼を実現できる。
【0015】
また、好ましくは、アイドル時には上記偏平率を低下させることを特徴としている。
【0016】
すなわち、アイドル時においては、気筒内ガス流動が弱く、噴射燃料の量が少なく、かつ、ピストンスピードが遅いため、噴射燃料をボウル内に良好に収めるために、例えば噴射タイミングが遅角される。このため、噴射から点火までの時間が相対的に短くなるとともに、燃料噴霧の偏平率がある程度高いものとなっていると燃料の集中度が増加するため、燃料気化時間を十分に確保できず、未然HC排出量の増加等を招聘する虞がある。本発明によれば、アイドル時には上記偏平率を低下させることにより、燃料噴霧をある程度広く分布させて燃料気化時間を確保し、もって未然HC排出量を抑制することができる。
【0017】
本発明は、少なくとも内燃機関の負荷に応じて上記偏平率が調整されることを特徴としている。
【0018】
例えば、成層燃焼を行う運転領域内での高負荷時においては、一回の噴射に要求される噴射燃料が増加するため、噴射開始から噴射終了までの時間が長くなり、その間のピストン移動量も大きくなる。このため、低,中負荷時と同一の噴射(開始)タイミングで燃料噴射を行うと、ピストン冠面への燃料の付着量が増加してしまうため、噴射開始時期を早くすることで燃料付着量の増加を抑制させることが考えられる。しかしながら、このように噴射時期を早めると、燃料のボウルからのこぼれ量が増加する虞がある。本発明によれば、機関の負荷が大きくなるにしたがって偏平率を高くすることで、ピストン冠面へ付着する燃料の量を増加させることなく、燃料のボウルからのこぼれ量を抑制することができる。
【0019】
一方、低負荷時においては、一回の噴射に要求される噴射燃料が少ないため、噴射燃料をボウル内に良好に収めるために、例えば噴射(開始)タイミングが相対的に遅角される。このため、噴射から点火までの時間が相対的に短くなるとともに、燃料噴霧の偏平率がある程度高いものとなっていると燃料の集中度が増加し、この結果、燃料気化時間を十分確保できず、未然HC排出量の増加を招聘する虞がある。本発明によれば、機関の負荷が小さくなるにしたがって偏平率を低くすることで、燃料噴霧を広く分布させて燃料気化時間を確保し、未然HC排出量を抑制することができる。
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料噴霧の外郭形状がボウルの形状に応じた適正なものとなり、特に成層燃焼時におけるピストン冠面への燃料付着量の増加を招くことなく、ボウルからこぼれる燃料の低減化を図ることができ、ひいては燃費性能や燃焼安定性の向上、スモーク,HCの排出量の低減化を図ることができる。
【0021】
また、第1の態様によれば、燃料噴射弁の取付角度に応じて、燃料噴霧の外郭形状をボウルの形状に応じた更に適切なものとすることができる。
【0022】
第2の態様によれば、成層運転領域の中央部に対応して偏平率が補正される形となり、低負荷から高負荷域,また低回転から高回転域にわたる広い運転領域において、上記の作用,効果を効果的に得ることができる。
【0023】
本発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて最適な偏平率に調整することができる。
【0024】
機関回転数が高くなるにしたがって、燃料噴霧の偏平率を高くすることで、ピストン冠面への燃料付着量を増加させることなく、燃料のボウルからのこぼれを抑制でき、ひいては良好な燃焼を実現できる。
【0025】
アイドル時には上記偏平率を低下させることで、燃料噴霧をある程度広く分布させて燃料気化時間を確保し、未然HC排出量を抑制することができる。
【0026】
機関の負荷が大きくなるにしたがって偏平率を高くすることで、ピストン冠面への付着燃料を増加させることなく、ボウルからこぼれる燃料の低減化を図ることができ、良好な燃焼を実現できる。また、機関の負荷が小さくなるにしたがって偏平率を低くすることで、燃料噴霧を広く分布させて燃料気化時間を確保し、未然HC排出量を抑制することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0028】
図1は、本発明が適用される直噴型火花点火式内燃機関の機械的構成を示すもので、この内燃機関は、主にシリンダヘッド11およびシリンダブロック12から構成されており、かつシリンダブロック12内に複数のシリンダ13が形成されている。上記シリンダ13にはピストン14が摺動可能に嵌合しており、またシリンダ13を覆うシリンダヘッド11下面には、燃焼室の一部となる凹部が形成されているとともに、ここに一対の吸気ポート15および一対の排気ポート16が接続され、かつそれぞれを吸気弁17および排気弁18が開閉している。これらの4つの吸気弁17,排気弁18の中央つまりシリンダ13の中心位置には、点火栓19が配置されている。
【0029】
またシリンダ13の上端の吸気弁17側の外周部には、噴射パルス信号によって開閉する電磁式の燃料噴射弁20が直接シリンダ13内に臨んで配設されている。この燃料噴射弁20は、先端の噴孔から燃料を噴射するものであって、図示するように、斜め下方へ向けて傾斜した姿勢で取り付けられている。
【0030】
ピストン14の冠面には、開口部21aが略円形をなす皿状のボウル21が凹設されている。このボウル21は、燃焼室の一部を構成するもので、ピストン14の冠面の一方に偏った範囲、詳しくは燃料噴射弁20側に偏った範囲に部分的に形成されており、ピストン14の外周部付近からピストン14中心を含むように形成されている。
【0031】
上記の燃料噴射弁20や点火栓19を制御する制御装置22は、いわゆるマイクロコンピュータシステムとして、CPU,ROM,RAM,I/O等から構成ざれている。この制御装置22には、内燃機関の吸入空気量を検出するエアフロメータ23、機関回転数並びに機関クランク角位置を検出するクランク角センサ24、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ25等の機関運転状態を検出するセンサ類からの検出信号が入力されている。そして、制御装置22は、検出した機関運転状態に基づいて燃料噴射弁20を駆動制御するようになっている。
【0032】
上記の構成により、主に機関の低,中負荷時には、圧縮行程中に燃料がボウル21へ向けて噴射され、このボウル21内で燃焼が進行する成層燃焼が行われる。一方、主に機関高負荷時には、吸気行程中に燃料がシリンダ13内へ噴射され、シリンダ13内に均質な混合気を形成する均質燃焼が行われる。
【0033】
図2,3は、本発明の第1実施例を示している。この実施例では、燃料噴射弁20から噴射される燃料噴霧Fの外郭形状、言い換えると燃料噴霧Fの噴霧方向に垂直な断面形状を、ボウル21の開口径Rbと深さDbの比Rb/Dbに応じた偏平率を有する偏平形状(楕円形状)に設定している。より具体的には、上記偏平率は、燃料噴霧Fにおける長軸L1と短軸L2との比L1/L2で表され、この比L1/L2は、次式(1)で示すように、Rb/Dbと略等しくなるように設定される。
【0034】
【数1】
L1/L2≒Rb/Db …(1)
この結果、燃料噴霧Fの外郭形状がボウル21の形状に応じた適正なものとなり、燃料噴霧Fがボウル21内に過不足なく収まる形となる。すなわち、成層燃焼時における燃料噴霧Fがボウル21からこぼれることなくボウル21内に良好に拡散される。したがって、特に成層燃焼時におけるピストン14冠面への燃料付着量の低減化及びボウル21からこぼれる燃料の低減化を図ることができ、ひいては燃費性能,燃焼安定性の向上、スモーク,HCの排出量の低減化を図ることができる。
【0035】
図4は本発明の第2実施例を示している。この実施例では、燃料噴射弁20の取付角度αに応じて、上記の偏平率L1/L2が補正されている。なお、取付角度αは、燃料噴霧Fの噴霧中心線P1と一致する燃料噴射弁20の中心軸線Qと、シリンダ(シリンダヘッド)基準水平面とのなす角度で表される。すなわち偏平率L1/L2は次式(2)で表される。
【0036】
【数2】
L1/L2≒Rb/Db・sinα …(2)
この結果、燃料噴霧Fのシリンダ軸方向高さ(L2・cosα)が、ボウル21の深さDbに応じた適切なものとなる。従って、燃料噴射弁20の取付角度αやピストン14の形状等が異なる内燃機関においても、燃料噴霧Fの外郭形状がボウル21の形状に応じた適正なものとすることができ、上記第1実施例と同様の作用,効果を最適に引き出すことができる。
【0037】
図5は本発明の第3実施例を示している。この実施例では、燃料噴霧Fの噴霧中心線P2が、成層燃焼を行う運転領域内での中速中負荷条件で、かつ、所定の燃料噴射時期におけるピストン14位置でのボウル21の隅角部21b、より詳しくはボウル21における底部と側壁部との隅角部21bを指向するように設定されている。そして、噴霧中心線P2とシリンダ基準水平面とのなす角度βに応じて、上記の偏平率L1/L2が補正されている。より具体的には、偏平率L1/L2は次式(3)で表される。
【0038】
【数3】
L1/L2≒Rb/Db・sinβ …(3)
なお、この実施例では、燃料噴射弁20の中心軸線Qに対し、燃料噴霧Fの噴霧中心線P2を(α−β)だけ偏向させている。
【0039】
この実施例によれば、成層運転領域の中央部に対応して偏平率が補正される形となり、低負荷から高負荷域,また低回転から高回転域にわたる広い運転領域において、上記第1,第2実施例と同様の作用,効果を適切に得ることができる。
【0040】
図6は本発明の第4実施例を示し、この実施例構造は、例えば上記第1〜3実施例に適用される。この実施例では、燃料噴射弁20の先端部に2つの噴孔30が燃料噴霧F(Fa又はFb)の長軸方向に併設されており、各噴孔30から噴射される燃料噴霧Fa(又はFb)を合わせて全体として偏平形状となるようにしている。すなわち、所期の偏平率L1/L2を得るように、両噴孔30間の距離S及び噴射角度θa(又はθb)を適宜に設定している。
【0041】
ここで、各噴孔30から噴射される燃料噴霧Fa(Fb)の噴射角度θa(θb)は、噴射される燃料の圧力(燃圧)に応じて変化する。図6(a)は燃圧が相対的に低い場合、図6(b)は燃圧が相対的に高い場合を示している。図6(a)に示すように、燃圧が比較的低い場合には、各燃料噴霧Faの噴射角度θaが相対的に大きくなり、この結果、2つの燃料噴霧Faを合わせた全体の偏平率L1/L2は相対的に小さくなる。一方、図6(b)に示すように、燃圧が比較的高い場合には、各燃料噴霧Fbの噴射角度θbが相対的に小さくなり、この結果、2つの燃料噴霧Fbを合わせた全体の偏平率L1/L2は相対的に大きくなる。すなわち、燃圧が高くなるにしたがって偏平率L1/L2は大きくなる。
【0042】
従って、内燃機関の運転状態に応じて上記燃圧を制御装置22により可変制御することによって、燃料噴霧Fの偏平率L1/L2を適宜に調整することが可能となる。
【0043】
例えば、クランク角センサ24で検出される機関回転数に応じて偏平率L1/L2が調整される。すなわち、高回転時においては、ピストンスピ一ドが早いために、低回転時と同じ量の燃料をシリンダ13内に供給すると、噴射開始から噴射終了までのピストン14移動距離が大きくなり、ピストン14冠面への燃料付着量が増加してしまう。そこで、回転数が高くなるにしたがって噴射(開始)タイミングを早めることで、ピストン14冠面への燃料付着量の増加を抑制することも考えられるが、こうすると、燃料のボウル21からのこぼれ量が増加する虞がある。本実施例によれば、機関回転数が高くなるにしたがって、図6(b)に示すように、燃料噴霧Fbの偏平率L1/L2を高くすることで、ピストン14冠面への燃料付着量を増加させることなく、燃料のボウル21からのこぼれ量を抑制でき、良好な燃焼を実現できる。
【0044】
また、アイドル時には偏平率L1/L2を低下させる。すなわち、アイドル時においては、気筒内ガス流動が弱く、噴射燃料の量が少なく、かつ、ピストンスピードが遅いため、燃料噴霧をボウル21内に良好に収めるためには、例えば噴射(開始)タイミングを遅角する必要がある。このため、噴射から点火までの時間が相対的に短くなるとともに、燃料噴霧の偏平率L1/L2がある程度高いものとなっていると燃料の集中度が増加するため、燃料気化時間を十分に確保できず、未然HC排出量の増加等を招聘する虞がある。本実施例によれば、アイドル時には偏平率L1/L2を低下させることにより、図6(a)に示すように燃料噴霧Faをある程度広く分布させて燃料気化時間を確保し、もって未然HC排出量を抑制することができる。
【0045】
更に好ましくは、内燃機関の負荷に応じて偏平率L1/L2が調整される。すなわち、高負荷時においては、一回の噴射に要求される噴射燃料が増加するため、噴射開始から噴射終了までの時間が長くなり、その間のピストン14移動量も大きくなる。このため、低負荷時と同一の噴射タイミングで燃料噴射を行うと、ピストン14冠面への燃料の付着量が増加してしまうため、噴射開始時期を早くすることで燃料付着量の増加を抑制させることが考えられる。しかしながら、このように噴射時期を早めると、燃料のボウル21からのこぼれ量が増加する虞がある。本実施例によれば、機関の負荷が大きくなるにしたがって偏平率L1/L2を高くすることで、ピストン14冠面へ付着する燃料の量を増加させることなく、燃料のボウル21からのこぼれ量を抑制することができ、良好な燃焼を実現することが可能となる。
【0046】
一方、低負荷時においては、一回の噴射に要求される噴射燃料が少ないため、噴射燃料をボウル21内に良好に収めるために、例えば噴射タイミングが相対的に遅角される。このため、噴射から点火までの時間が相対的に短くなるとともに、燃料噴霧の偏平率L1/L2がある程度高いものとなっていると燃料の集中度が増加し、この結果、燃料気化時間を十分確保できず、未然HC排出量の増加を招聘する虞がある。本実施例によれば、機関の負荷が小さくなるにしたがって偏平率L1/L2を低くすることで、図6(a)に示すように燃料噴霧Faを広く分布させて燃料気化時間を確保し、未然HC排出量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る直噴型火花点火式内燃機関の構成を示す断面対応図。
【図2】本発明の第1実施例を示す構成図。
【図3】同じく第1実施例を示す図2のA−A断面対応図。
【図4】本発明の第2実施例を示す構成図。
【図5】本発明の第3実施例を示す構成図。
【図6】本発明の第4実施例を示す説明図。
【符号の説明】
13…シリンダ
14…ピストン
20…燃料噴射弁
21…ボウル
F…燃料噴霧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder by a fuel injection valve and ignited by a spark plug.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a direct injection type spark ignition type internal combustion engine in which a fuel injection valve has an injection hole facing a cylinder and injects fuel directly into the cylinder by the fuel injection valve is known (for example, (See JP-A-8-144762, JP-A-8-177499, etc.). Many direct injection spark ignition internal combustion engines of this type are provided with a dish-shaped bowl on the piston crown in order to realize stratification of the air-fuel mixture.
[0003]
According to this direct injection type spark ignition internal combustion engine, when the internal combustion engine is at low and medium loads, the fuel-air mixture is injected by injecting fuel toward the bowl formed on the piston crown surface mainly during the compression stroke. It can be formed by stratification, and super lean combustion is possible.
Therefore, the fuel consumption rate at low and medium loads can be reduced. Further, when the engine is under a high load, fuel is injected mainly during the intake stroke, so that there is an advantage that a homogeneous air-fuel mixture can be formed and a high torque can be secured.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the direct-injection spark-ignition internal combustion engine, especially during stratified combustion, the injected fuel does not reach the piston crown due to the difference between the shape of the bowl formed on the piston crown and the outer shape of the fuel spray. There is a risk that the fuel reaches the uniform surface and increases the amount of fuel adhering to the crown surface of the piston. In addition, the amount of fuel spilling from the bowl may increase, resulting in a decrease in fuel efficiency and combustion stability, and an increase in smoke and HC emissions.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present invention has a dish-shaped bowl having a substantially circular opening on the piston crown and a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder. In a direct injection spark ignition internal combustion engine that realizes stratified combustion by injecting fuel toward the cross section, the cross-sectional shape perpendicular to the spray direction of the fuel spray by the fuel injection valve is set to the ratio of the opening diameter and the depth of the bowl A flat shape having a corresponding flat rate is set.
[0006]
With the above configuration, the outer shape of the fuel spray becomes an appropriate shape according to the shape of the bowl, and the fuel spray fits in the bowl without excess or deficiency. That is, the fuel spray during stratified combustion is well diffused into the bowl without spilling from the bowl.
Therefore, it is possible to reduce both the amount of fuel adhering to the piston crown and the amount of fuel spilling from the bowl, especially during stratified combustion. As a result, fuel efficiency and combustion stability are improved, and smoke and HC emissions are reduced. The amount can be reduced.
[0007]
Further, the first aspect is characterized in that the flatness is corrected in accordance with the mounting angle of the fuel injection valve.
[0008]
In this case, the outer shape of the fuel spray can be more appropriately matched to the bowl shape according to the mounting angle of the fuel injection valve.
[0009]
In the second aspect , the spray center line of the fuel spray is directed to the corner of the bowl at the piston position at a predetermined fuel injection timing under medium and medium load conditions in the operation region where stratified combustion is performed. The flatness is corrected in accordance with the angle formed by the spray center line and the cylinder reference horizontal plane.
[0010]
That is, the flatness ratio is corrected corresponding to the central portion of the stratified operation region. As a result, the above operations and effects can be appropriately obtained in a wide operating range from a low load to a high load range and from a low rotation to a high rotation range.
[0011]
The present invention is characterized by having a flatness ratio adjusting means for adjusting the flatness ratio in accordance with the operating state of the internal combustion engine.
[0012]
More specifically, as in the third aspect , the fuel spray injected from the plurality of injection holes provided in the fuel injection valve is configured to have a flat shape as a whole, and the flatness ratio adjusting means Is configured to adjust the flatness ratio by changing the fuel pressure to be injected.
[0013]
The flatness is adjusted, for example , according to at least the engine speed.
[0014]
Specifically, since the piston speed is fast at high revolutions, supplying the same amount of fuel into the cylinder as at low revolutions increases the piston travel distance from the start of injection to the end of injection, The amount of fuel adhering to the crown surface will increase. Therefore, it may be possible to suppress the increase in the amount of fuel adhering to the piston crown by increasing the injection timing as the rotational speed increases. However, this may increase the amount of fuel spilled from the bowl. is there. According to the present invention, by increasing the fuel spray flatness as the engine speed increases, the amount of fuel spilled from the bowl can be suppressed without increasing the amount of fuel adhering to the piston crown. Good combustion can be realized.
[0015]
Preferably , the aspect ratio is reduced during idling.
[0016]
That is, during idling, the in-cylinder gas flow is weak, the amount of injected fuel is small, and the piston speed is slow, so that, for example, the injection timing is retarded in order to satisfactorily place the injected fuel in the bowl. For this reason, the time from injection to ignition is relatively short, and if the fuel spray flatness is high to some extent, the fuel concentration increases, so the fuel vaporization time cannot be sufficiently secured, There is a risk of increasing the amount of HC emission. According to the present invention, by reducing the flatness ratio during idling, the fuel spray can be distributed widely to some extent to ensure the fuel vaporization time, thereby suppressing the amount of HC emission.
[0017]
The present invention is characterized in that the flatness is adjusted according to at least the load of the internal combustion engine.
[0018]
For example, at the time of high load in the operation region where stratified combustion is performed, the amount of injected fuel required for one injection increases, so the time from the start of injection to the end of injection becomes longer, and the amount of piston movement during that time is also growing. For this reason, if fuel injection is performed at the same injection (start) timing as during low and medium loads, the amount of fuel adhering to the piston crown increases, so the fuel adhering amount can be increased by increasing the injection start timing. It is conceivable to suppress the increase of. However, if the injection timing is advanced in this manner, the amount of fuel spilled from the bowl may increase. According to the present invention, by increasing the flatness ratio as the engine load increases, the amount of fuel spilled from the bowl can be suppressed without increasing the amount of fuel adhering to the piston crown surface. .
[0019]
On the other hand, at the time of low load, since the amount of injected fuel required for one injection is small, for example, the injection (start) timing is relatively retarded in order to satisfactorily place the injected fuel in the bowl. For this reason, the time from injection to ignition becomes relatively short, and if the fuel spray flatness is high to some extent, the concentration of fuel increases, and as a result, sufficient fuel vaporization time cannot be secured. There is a risk of increasing the HC emission amount. According to the present invention, by reducing the flatness ratio as the engine load decreases, fuel spray can be widely distributed to ensure fuel vaporization time, and the amount of HC emissions can be suppressed.
[0020]
【The invention's effect】
According to the present invention, the outer shape of the fuel spray becomes an appropriate shape according to the shape of the bowl, and the fuel spilled from the bowl is reduced without causing an increase in the amount of fuel adhering to the piston crown especially during stratified combustion. As a result, fuel efficiency and combustion stability can be improved, and smoke and HC emissions can be reduced.
[0021]
Moreover, according to the 1st aspect , according to the attachment angle of a fuel injection valve, the outer shape of fuel spray can be made still more suitable according to the shape of the bowl.
[0022]
According to the second aspect , the flattening rate is corrected corresponding to the central portion of the stratified operation region, and the above-described action is achieved in a wide operation region ranging from a low load to a high load region and from a low rotation to a high rotation region. , The effect can be obtained effectively.
[0023]
According to the present invention, it is possible to adjust the flatness ratio to the optimum according to the operating state of the internal combustion engine.
[0024]
Accordance agencies rotational speed increases, by increasing the aspect ratio of the fuel spray, without increasing the amount of fuel adhered to the crown surface of the piston, it is possible to suppress spill from the fuel bowl, and thus good combustion realizable.
[0025]
During idle by reducing the aspect ratio, the fuel spray by somewhat widely distributed to ensure fuel evaporation time, it is possible to suppress the advance HC emissions.
[0026]
By loading the agencies to increase the aspect ratio according to increase, without increasing the fuel adhered to the crown surface of the piston, it is possible to reduce the fuel spill from the bowl, it is possible to realize a good combustion. Further, by reducing the flatness ratio as the engine load decreases, fuel spray can be widely distributed to ensure fuel vaporization time, and the amount of HC emission can be suppressed.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 shows a mechanical configuration of a direct injection spark ignition internal combustion engine to which the present invention is applied. This internal combustion engine is mainly composed of a
[0029]
An electromagnetic
[0030]
On the crown surface of the
[0031]
The
[0032]
With the above-described configuration, stratified combustion is performed in which fuel is injected toward the
[0033]
2 and 3 show a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the outer shape of the fuel spray F injected from the
[0034]
[Expression 1]
L1 / L2≈Rb / Db (1)
As a result, the outer shape of the fuel spray F becomes an appropriate shape according to the shape of the
[0035]
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the flatness L1 / L2 is corrected according to the mounting angle α of the
[0036]
[Expression 2]
L1 / L2≈Rb / Db · sin α (2)
As a result, the height (L2 · cosα) of the fuel spray F in the cylinder axial direction is appropriate according to the depth Db of the
[0037]
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the spray center line P2 of the fuel spray F is a corner portion of the
[0038]
[Equation 3]
L1 / L2≈Rb / Db · sinβ (3)
In this embodiment, the spray center line P2 of the fuel spray F is deflected by (α−β) with respect to the center axis Q of the
[0039]
According to this embodiment, the flatness is corrected corresponding to the central portion of the stratified operation region, and in the wide operation region from the low load to the high load region and from the low rotation to the high rotation region, The same operations and effects as those of the second embodiment can be obtained appropriately.
[0040]
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention, and the structure of this embodiment is applied to, for example, the first to third embodiments. In this embodiment, two
[0041]
Here, the injection angle θa (θb) of the fuel spray Fa (Fb) injected from each
[0042]
Therefore, the flatness L1 / L2 of the fuel spray F can be appropriately adjusted by variably controlling the fuel pressure with the
[0043]
For example, the flatness ratio L1 / L2 is adjusted according to the engine speed detected by the
[0044]
Further, the flatness ratio L1 / L2 is reduced during idling. That is, during idling, the gas flow in the cylinder is weak, the amount of injected fuel is small, and the piston speed is slow. In order to satisfactorily place the fuel spray in the
[0045]
More preferably, the flatness L1 / L2 is adjusted according to the load of the internal combustion engine. That is, at the time of high load, the amount of injected fuel required for one injection increases, so the time from the start of injection to the end of injection becomes longer, and the amount of movement of the
[0046]
On the other hand, at the time of low load, since the amount of injected fuel required for one injection is small, the injection timing is relatively retarded, for example, in order to satisfactorily store the injected fuel in the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to the AA cross section of FIG. 2 showing the first embodiment.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
13 ...
Claims (6)
上記燃料噴射弁による燃料噴霧の噴霧方向に垂直な断面形状を、上記ボウルの開口径と深さの比に応じた偏平率を有する偏平形状に設定し、
かつ、内燃機関の運転状態に応じて上記偏平率を調整する偏平率調整手段を有し、
この偏平率調整手段は、上記成層燃焼を行う運転領域内において機関負荷が高くなるほど上記偏平率を高くすることを特徴とする直噴型火花点火式内燃機関。A dish-shaped bowl having a substantially circular opening is recessed in the crown of the piston, and has a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder, and injects fuel toward the bowl near the compression stroke. In a direct injection spark ignition internal combustion engine that realizes stratified combustion,
The cross-sectional shape perpendicular to the spray direction of fuel spray by the fuel injection valve is set to a flat shape having a flatness ratio according to the ratio of the opening diameter and depth of the bowl,
And it has a flatness ratio adjusting means for adjusting the flatness ratio according to the operating state of the internal combustion engine,
This flat rate adjusting means increases the flat rate as the engine load increases in the operating region where the stratified combustion is performed .
この噴霧中心線とシリンダ基準水平面とのなす角度に応じて、上記偏平率が補正されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の直噴型火花点火式内燃機関。The fuel spray center line is set so as to be directed to the corner of the bowl at the piston position at a predetermined fuel injection timing under medium and medium load conditions in the operation region where stratified combustion is performed. And
The direct-injection spark ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the flatness ratio is corrected in accordance with an angle formed by the spray center line and a cylinder reference horizontal plane.
上記偏平率調整手段は、噴射される燃圧を変化させることにより上記偏平率を調整することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の直噴型火花点火式内燃機関。The fuel spray injected from the plurality of injection holes provided in the fuel injection valve is configured to have a flat shape as a whole,
The aspect ratio adjusting unit, a direct injection spark ignition type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that adjusting the aspect ratio by changing the fuel pressure to be injected.
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